Durante mucho tiempo se ha pensado que dos son compañía y tres son multitud. Pero los ingenieros eléctricos y de sistemas de la Universidad de Washington en St. Louis y sus colaboradores han demostrado que la adición de un tercer nanocatador, complementando dos nanocaterizadores de "sintonización", a un resonador fotónico lo convierte en una fascinante fiesta de la física.

Específicamente, los dos nanocaterizadores de sintonización colocan el resonador en un "punto excepcional, "un estado especial de un sistema en el que pueden ocurrir fenómenos inusuales. El tercer nano-dispersor perturba el sistema, y como un matón desagradable en el patio de recreo, cuanto más pequeño es, más respuesta obtiene.

El equipo de la Universidad de Washington, dirigido por Lan Yang, el Profesor Edwin H. &Florence G. Skinner de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas, ha hecho grandes avances recientemente en el estudio y manipulación de la luz. El descubrimiento más reciente del equipo de la capacidad de detección de microrresonadores podría tener impactos en la creación de dispositivos biomédicos, dispositivos electrónicos y de detección de riesgo biológico.

"Es un desafío detectar objetos a nanoescala, como nanopartículas, "Dijo Yang." Si el objeto es muy pequeño, introduce poca perturbación en un sistema de detección. Utilizamos una característica topológica inusual asociada con puntos excepcionales de un sistema físico para mejorar la respuesta de un sensor óptico a perturbaciones muy pequeñas. como los introducidos por objetos a nanoescala. La belleza del sensor puntual excepcional es cuanto menor es la perturbación, cuanto mayor sea la mejora en comparación con un sensor convencional ".

El sistema de sensores de Yang pertenece a una categoría llamada resonadores en modo galería susurrante (WGM), que funcionan como la famosa galería de susurros en la Catedral de St. Paul en Londres, donde alguien en un lado de la cúpula puede escuchar un mensaje dicho a la pared por alguien del otro lado. A diferencia de la cúpula, que tiene resonancias o puntos dulces en el rango audible, el sensor resuena a frecuencias de luz.

"El llamado 'punto excepcional' dota a un sensor de galería de susurros con un rendimiento excepcional para detectar objetos a nanoescala, superando la de los sensores de galería de susurros convencionales, "dijo Weijian Chen, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica en el laboratorio de Yang. "Sorprendentemente, cuanto más pequeño es el objeto de destino, mejor será el rendimiento de nuestro nuevo sensor ".

El WGM de Yang cuenta con dos dispersores de sílice complementarios, o nanotips, que se posó en el toroide, o alambre en forma de rosquilla, la avenida para que atraviesen millones de paquetes de luz llamados fotones. Estos dispositivos ajustan varios parámetros del sistema para influir en la función. Utilizando sistemas de nanoposicionamiento, los investigadores pueden mover los dispersores y aumentar el tamaño e incluso introducir otro medio:una partícula de virus, por ejemplo, en el campo para perturbar el campo y llamar a un punto excepcional.

En los experimentos más recientes del equipo, los dos nanocaterizadores de "sintonización" llevan el resonador a puntos excepcionales; la tercera partícula perturba el sistema desde sus puntos excepcionales y conduce a una división de frecuencia. Debido a la topología de raíz cuadrada muy compleja cerca de un punto excepcional, la división de frecuencia, cuál es la señal de detección, se representa matemáticamente como la raíz cuadrada de la fuerza de la perturbación. Es significativamente más grande que lo que se encuentra en el tradicional, esquemas de detección de puntos no excepcionales que utilizan perturbaciones muy pequeñas.

Yang y su grupo están explorando el uso del punto excepcional en estudios de imágenes fotoacústicas y otros escenarios en los que buscan el desarrollo de "modos de transporte ligero no convencionales," ' ella dijo. "Deberían surgir muchas aplicaciones de eso".